《表征高超聲速繞流稀薄度的廣義判據及其套用研究》是依託中國科學院大學，由王智慧擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：表征高超聲速繞流稀薄度的廣義判據及其套用研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：王智慧
- 依託單位：中國科學院大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高超聲速繞流從連續態到稀薄態的過渡過程中，基於連續介質假設的經典氣動力/熱預測理論逐漸失效。由於涉及諸多複雜物理因素，在過渡領域內很難建立系統的解析理論，目前工程上主要依賴數值方法和擬合公式。申請者在前期研究中，已找到一條在該領域內建立解析理論的道路。我們通過模型理論分析研究了尖化前緣駐點區域的非線性氣動加熱特徵，提出了一個衡量稀薄氣體效應影響的判據Wr，並基於Wr構建了具有物理意義的駐點熱流預測橋函式。在當前項目中，我們將繼續採用模型理論分析的手段，嘗試把參數Wr的物理意義向駐點下游區域以及氣動力研究領域進行推廣，尋找表征高超聲速繞流稀薄度的廣義判據；同時結合直接模擬蒙特卡洛（DSMC）數值結果驗證，研究高超聲速稀薄流動中氣動力/熱隨稀薄度廣義判據的變化特徵，構建從連續到稀薄整個流動領域內的氣動力/熱預測公式，形成系統的工程理論框架體系。該研究同時具有較高的學術意義和重要的套用價值。
結題摘要
本項目是我們前期項目研究結果的深化和擴展。在前期研究中，我們基於non-Fourier傳熱模型，在高超聲速微鈍前緣駐點推導出一個具有實際物理意義的稀薄流動判據Wr。本項目的研究結果發現，該判據具有更廣的物理意義和套用範圍。首先，我們基於non-Fourier傳熱模型和non-Newtonian剪下模型，發現判據Wr同樣可以用來表征高超聲速平板前緣的流動稀薄度，預測稀薄氣體效應對熱流和摩阻分布的影響，我們進一步構建了熱流-摩阻的廣義比擬關係；其次，我們研究了鈍頭體下游彎曲壁面的熱流和摩阻分布，以及稀薄氣體效應的影響，發現此時仍然存在熱流-摩阻的廣義比擬關係。這樣，我們基於該判據把基於層流平板邊界層假設的經典Reynolds比擬關係，推廣至稀薄流動條件和彎曲壁面都適用的廣義Reynolds比擬關係。另外，我們也進一步研究了高超聲速尖前緣流動中稀薄氣體效應和非平衡真實氣體效應的耦合問題，發現稀薄流動判據Wr在預測非平衡真實氣體效應對駐點氣動加熱影響中也有關鍵作用，我們建立了駐點氣動加熱受稀薄氣體效應和非平衡真實氣體效應的解析預測算式，並對該模型理論結果向駐點下游區域的推廣進行了討論。這些研究把駐點附近氣動加熱研究中提出的稀薄流動判據推廣套用於駐點下游區域的氣動力-熱研究之中，這個基於非線性本構關係提出的特徵參數確實是表征高超聲速繞流稀薄度的廣義判據，具有重要的學術意義和套用價值。我們部分研究結果已在航天工程單位得到套用，其中一個合作研究項目獲得軍隊科技進步二等獎（本項目負責人排名3/10）。
